這十年的技術(shù)追求可能只是打破摩爾定律，公司當(dāng)然正在努力爭(zhēng)取在它的前排座位上占據(jù)一席之地。摩爾定律認(rèn)為硅芯片上的最大晶體管數(shù)量將每?jī)赡攴环?，這一定律一直沿用至今，但它正在走向過(guò)時(shí)。IBM 在 2021 年就證明了這一點(diǎn)，其突破性的 2 納米芯片技術(shù)顛覆了市場(chǎng)。這個(gè)新的制造時(shí)代得益于減少芯片納米的競(jìng)賽。

　　今天，晶體管的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度是10納米，而且隨著最新研究，頂級(jí)公司已經(jīng)生產(chǎn)了5納米或7納米的芯片。從歷史上看，在 20 納米和 16 納米芯片上，由于銅互連與晶體管變得過(guò)于緊湊，因此在芯片中出現(xiàn)了不需要的電阻電容延遲問(wèn)題。通過(guò)細(xì)線移動(dòng)電流的挑戰(zhàn)已經(jīng)在減少芯片納米的技術(shù)中產(chǎn)生了瓶頸。GAA 架構(gòu)是下一代微制造工藝，是理想的技術(shù)。半導(dǎo)體制造商正在追逐這項(xiàng)技術(shù)，以改善靜電特性、提高性能、優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)并降低功耗。

　　此外，設(shè)計(jì)和制造更小的芯片的成本是天文數(shù)字。據(jù) IBS 估計(jì)，5 nm 芯片將花費(fèi) 4 億美元，3 nm 花費(fèi) 則高達(dá)6.5 億美元。

　　無(wú)論如何，芯片制造商正在向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)軍，代工廠已經(jīng)出貨或計(jì)劃在芯片中制造 5 納米和 3 納米。在這場(chǎng)競(jìng)賽中處于領(lǐng)先地位的是 IBM、英特爾、臺(tái)積電和三星。

　　IBM的突破

　　作為制造行業(yè)最大的突破之一，IBM 去年推出了世界上第一個(gè) 2 納米半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)。該公司制造了第一款采用 2 納米 (nm) 納米片技術(shù)的芯片。該公告透露，“（IBM 的新 2 納米芯片技術(shù)）預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)比當(dāng)今最先進(jìn)的 7 納米節(jié)點(diǎn)芯片高 45% 的性能和 75% 的能耗?！?/p>

　　最新消息是在 IBM 的 5 納米設(shè)計(jì)（另一個(gè)里程碑）之后不到四年開(kāi)發(fā)的。IBM 的 2 nm 芯片可以在一個(gè)指甲蓋大小的芯片上安裝多達(dá) 500 億個(gè)晶體管。

　　臺(tái)積電（TSMC）是全球最大的芯片制造商之一。該公司計(jì)劃在未來(lái)三年內(nèi)投入 1000 億美元的巨額投資來(lái)提高產(chǎn)能。它一直在努力在明年推出其 3 納米芯片。生產(chǎn)將于2022年7月開(kāi)始。

　　臺(tái)積電聲稱，3nm 技術(shù)將使計(jì)算性能提高多達(dá) 15%，并降低多達(dá) 30% 的功耗。事實(shí)上，盡管與英特爾競(jìng)爭(zhēng)，但據(jù)報(bào)道蘋果和英特爾是最先使用臺(tái)積電 3 納米芯片的公司，該公司計(jì)劃為英特爾生產(chǎn)比蘋果更多的芯片。

　　三星，緊隨其后？

　　三星多年來(lái)一直是制造領(lǐng)域的主要參與者，在其最新的重大公告中，它聲稱到 2025 年將推出 2 納米技術(shù)晶體管。在2021 年的三星代工論壇期間，該公司透露了他們的量產(chǎn)計(jì)劃這些 2 nm 芯片位于其 GAA 晶體管架構(gòu)上。該公司計(jì)劃在未來(lái)三年內(nèi)投資創(chuàng)紀(jì)錄的 2050 億美元，以尋求在芯片制造領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

　　早些時(shí)候，三星聲稱他們的 3 納米技術(shù)將在 2022 年底被采用，但根據(jù)他們的最新公告，該公司正準(zhǔn)備在來(lái)年上半年量產(chǎn)他們的第一代 3 納米芯片。這將與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手臺(tái)積電計(jì)劃制造 3 納米芯片同時(shí)到來(lái)。

　　英特爾，迎頭趕上

　　2021 年 3 月，英特爾宣布投資200 億美元新建兩家芯片工廠，以期直接挑戰(zhàn)在代工領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位的臺(tái)積電和三星。英特爾在該領(lǐng)域公認(rèn)落后，一連串的制造失敗推遲了英特爾芯片的三代。但該公司已經(jīng)在 7 納米工藝上趕上競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

　　英特爾生產(chǎn)的芯片為 10 納米，而臺(tái)積電已經(jīng)在生產(chǎn) 5 納米。英特爾的路線圖是在 2024 年超越這些公司并生產(chǎn) 1.8 納米芯片。在短期內(nèi)，他們的 7 納米芯片預(yù)計(jì)將在來(lái)年上市。他們已經(jīng)開(kāi)始為此做準(zhǔn)備，改造他們當(dāng)前的產(chǎn)品，例如 10 納米芯片有更好的工藝稱為Intel 7，而他們的 7 nm工藝是Intel 4。

　　1納米技術(shù)？

　　在去年的另一項(xiàng)突破中，臺(tái)積電、麻省理工學(xué)院和臺(tái)灣國(guó)立大學(xué)的研究機(jī)構(gòu)臺(tái)大在開(kāi)發(fā) 1 納米芯片方面取得了聯(lián)合技術(shù)突破。根據(jù)他們發(fā)表在《自然》雜志上的研究，他們項(xiàng)目的核心使用半金屬鉍 (Bi) 代替標(biāo)準(zhǔn)硅來(lái)為新晶體管奠定基礎(chǔ)。不過(guò)，需要注意的是，臺(tái)積電已經(jīng)澄清，至少在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，該工藝可能不會(huì)用于大批量制造。

　　隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新，新的一年無(wú)疑打開(kāi)了一個(gè)充滿可能性的窗口。技術(shù)愛(ài)好者已經(jīng)在考慮 IBM 今年推出 1 納米芯片的可能性。因此可以肯定地說(shuō)，不應(yīng)低估這些公司在減少芯片納米方面的競(jìng)爭(zhēng)。